Genetische Forschung hilft bei der Bekämpfung von Krankheiten, die Hawaiis Kaffeepflanzen plagen

Der verheerende Pflanzenpilz, der die Ernteerträge verringert und die Kaffeebäume durch den Befall der Blätter schädigt, wurde erstmals 2020 auf den Inseln Maui und Hawaii entdeckt. Seitdem wurde er auch auf Oahu, Lanai, Kauai und Molokai gefunden. Als Reaktion auf die sich ausweitende Bedrohung wurde schnell eine gemeinsame Anstrengung unternommen.

"Wir waren dabei, uns auf CLR[Kaffeeblattrost ] vorzubereiten, aber es hatte nicht die höchste Priorität", sagte Christopher Manfredi, Geschäftsführer der Hawaii Coffee Association (HCA). "Now it is. "

Die Partnerschaft - unter der Leitung des Synergistic Hawaii Agriculture Council (SHAC) und mit finanzieller Unterstützung des Programms Rapid Outcomes from Agricultural Research (ROAR) der Foundation for Food & Agriculture Research (FFAR) - verfolgt eine mehrgleisige Strategie zur Bekämpfung des Kaffeeblattrosts (CLR), der weltweit jährlich Schäden in Höhe von 3 Milliarden Dollar verursacht.

Es steht eine Menge auf dem Spiel. Die hawaiianische Rohkaffeeindustrie hat einen jährlichen Wert von 113,01 Millionen Dollar und umfasst etwa 1.500 Farmen mit einer Fläche von 10.000 Hektar im ganzen Bundesstaat. Die meisten sind familiengeführt und kleiner als zwei Hektar groß. Noch viel mehr Menschen leben von diesem Wirtschaftszweig, der auch Einnahmen aus dem zunehmenden Tourismus und damit verbundenen Geschäften generiert.

"Mit Zahlen lässt sich die 200-jährige Tradition des Kaffeeanbaus auf Hawaii nur unzureichend beschreiben", so Suzanne Shriner, Direktorin von SHAC. "Die potenziellen Einkommensverluste für die Erzeuger sind gravierend, aber es gefährdet auch eine ganze Gemeinschaft, die sich um den Kaffee herum gebildet hat. Die Kona-Region auf Hawaii ist ein Mekka für Besucher, die Farmbesichtigungen machen, für lokale Geschäfte, die Kaffee verkaufen, und für all die zusätzlichen Arbeitsplätze und Attraktionen, die sich aus der Verlockung der Kaffeebohne ergeben."

Die Landwirte bekommen die Auswirkungen bereits zu spüren, denn die Krankheit verursacht Blattverluste, die die Erträge um bis zu 70 Prozent verringern und die Produktionskosten erheblich erhöhen können. Als Reaktion darauf haben viele Landwirte ihre Preise für ungerösteten Kaffee um 1,50 bis 3 Dollar pro Pfund erhöht. Die "nachgelagerten wirtschaftlichen Auswirkungen" werden für die Saison 2021-22 auf etwa 231,67 Millionen Dollar geschätzt.

"Unsere Landwirte suchen verzweifelt nach einer Lösung für CLR", sagte Shriner. "Der FFAR-Zuschuss ermöglichte es den Forschern und der Beratung, schnell Antworten auf die grundlegendsten Fragen zu dieser Krankheit zu finden. Unsere Lernkurve wächst auf der Grundlage der gemeinsamen Finanzierung durch FFAR und unsere Partner aus der Gemeinschaft, die die Mittel ergänzt haben." Dazu gehören die HCA, die Maui Coffee Association und die Hawaii Coffee Growers Association.

Die FFAR-Genetikforschung wird von Dr. Catherine Aime durchgeführt, einer Professorin an der Purdue University, die sich als einzige akademische Mykologin des Landes auf Pilze spezialisiert hat, die Rostkrankheiten verursachen.

"Unser Ziel ist es, ein hochwertiges Genom für den Pilz (Hemileia vastatrix) zu erstellen, der die Kaffeeblattrostkrankheit (CLR) verursacht", erklärte Aime. Diese Informationen werden auf verschiedene Weise genutzt, u. a. durch die Identifizierung von Genotypisierungsmarkern im Genom, die den Forschern helfen sollen, die Bewegung und Populationsdynamik des Rostes zu verfolgen, und durch die Charakterisierung der molekularen Grundlagen für die Überwindung der Wirtsresistenz.

"Wenn wir (über die Genotypisierung) feststellen können, wie sich die Rostpopulationen verhalten und Vielfalt erzeugen, wird dies Informationen für Managementprogramme liefern", so Aime. "Wenn wir zum Beispiel herausfinden, dass Umweltfaktoren bei der Auswahl hypervirulenter Stämme am wichtigsten sind, wäre es sinnvoll, die Wachstumsbedingungen des Wirts so zu verändern, dass sie für CLR weniger günstig sind. Wenn wir jedoch feststellen, dass sich ständig neue Rassen entwickeln, dann wäre die Züchtung auf dauerhafte Resistenz die bessere Strategie.

Das Team von Aime hat den Kaffeeroststamm , der die Ernte auf Hawaii befällt, bereits identifiziert, so Shriner. "Leider handelt es sich um einen aggressiven Stamm mit großen [Blatt-]Läsionen und einer Inkubationszeit von 20 Tagen".

Die Forschung hat Auswirkungen auf das Verständnis der Krankheit, die über die Bekämpfung des Ausbruchs auf Hawaii hinausgehen.

"Das ultimative Ziel ist es, auf der Grundlage von Genom- und Populationsanalysen herauszufinden, wie es dem Rost gelingt, die Wirtsresistenz so schnell zu untergraben", so Aime. "Sobald wir dies verstanden haben, können wir Strategien zur Eindämmung von Ausbrüchen besser planen, sei es durch Änderungen in der Bewirtschaftung oder durch Zuchtstrategien. Rostpilze verursachen einige der schwersten Krankheiten bei landwirtschaftlichen Nutzpflanzen und forstwirtschaftlichen Erzeugnissen. Daher können alle Erkenntnisse darüber, wie sie die Wirtsresistenz überwinden, dazu beitragen, Strategien zu ihrer Bekämpfung in anderen Systemen zu entwickeln.

Während die meisten anderen Kaffeeanbauregionen rostresistente Sorten gepflanzt haben, ist keine der auf Hawaii kommerziell angebauten Sorten resistent, heißt es in einem White Paper des HCA. Außerdem ist keines der Fungizide, die die Krankheit am wirksamsten bekämpfen, für den Kaffeeanbau auf den Inseln zugelassen.

"Es ist, als ob Ihr Haus brennt und Sie versuchen, eine Genehmigung für den Kauf eines Schlauchs zu bekommen", sagte Manfredi. Er wies darauf hin, dass die Erzeuger mit staatlichen und nationalen Forschern und Behörden zusammenarbeiteten, um schnell die sichere Verwendung von systemischen Fungiziden zu ermöglichen, die anderswo für Kaffee und andere Lebensmittelkulturen auf Hawaii zugelassen sind.

Die HCA fordert Subventionen, um Landwirten den Kauf von Fungiziden zu ermöglichen, die bei CLR wirksam sind. Diese Haltung wird durch eine wirtschaftliche Analyse des USDA-APHIS gestützt, die feststellt: "Die praktischste Methode zur Bekämpfung der CLR ist das Besprühen mit Fungiziden, was die Kaffeebauern in Hawaii jährlich bis zu 10 Millionen Dollar kosten würde. Diese zusätzlichen Kosten würden sich auf die verschiedenen Arten von Farmen unterschiedlich auswirken. Kleine, nicht mechanisierte Kaffeefarmen wären wahrscheinlich nicht in der Lage, die zusätzlichen Kosten für die Bekämpfung von CLR zu tragen und würden die Kaffeeproduktion einstellen. Größere Farmen (> 15 Acres), die Mechanisierung und moderne Anbaumethoden einsetzen, könnten besser in der Lage sein, die Produktion fortzusetzen, da ihre Erträge hoch genug sind, um die zusätzlichen Kosten zu decken.

Die Analyse empfiehlt auch die Umstellung auf CLR-resistente Sorten als mögliche langfristige Lösung, um den Bedarf an Fungizidanwendungen zu verringern. "Wir schätzen, dass es mindestens 68,5 Millionen Dollar kosten würde, die gesamte Kaffeeanbaufläche auf Hawaii zu veredeln, oder 95,6 Millionen Dollar, um sie neu zu bepflanzen. Die Umstellung auf resistente Sorten würde jedoch im Laufe der Zeit erfolgen.

Aufklärung und Bildung sind ebenfalls wichtige Bestandteile der Maßnahmen. Im Rahmen des FFAR-Zuschusses erstellt das College of Tropical Agriculture and Human Resources der University of Hawaii (UH-CTAHR) Materialien und informiert die hawaiianischen Landwirte über die bekanntesten Methoden zur Bekämpfung der CLR. Lehrkräfte und Mitarbeiter der Extension helfen den Landwirten, CLR in ihren Betrieben in den kritischen Frühstadien zu erkennen und zu identifizieren, und geben Tipps für die Bekämpfung der Krankheit durch Feldhygiene, Überwachung, richtige Pflanzenernährung und Düngung, Beschneidung und zugelassene Fungizide.

"Wir bekräftigen die Grundlagen: Bodengesundheit, Baumgesundheit und Betriebsführung", so Manfredi.

Zu den Outreach-Aktivitäten gehören Webinare, Workshops, Feldtage, Besuche von Landärzten, Informationsvideos, Informationsstände auf Branchenkonferenzen und -ausstellungen sowie eine Website, auf der die meisten Lehrmaterialien veröffentlicht werden.

Shriner sagte, dass die Forschungs- und Beratungsaktivitäten nicht nur dazu dienen, die Ausbreitung des Kaffeeblattrostes auf den Inseln zu verlangsamen oder zu stoppen.

"Eine Kontrolle wird vielleicht nie möglich sein. Aber Management könnte möglich sein", sagte sie. "Der FFAR-Zuschuss ermöglichte es den Forschern und der Beratung, schnell Antworten auf die grundlegendsten Fragen zu dieser Krankheit zu finden und ausreichende Daten zu sammeln, um einen umfassenden strategischen Plan zu entwickeln. Unsere Lernkurve wächst und baut auf der Grundlage der gemeinsamen Finanzierung durch FFAR und unsere Partner in der Gemeinde auf, die die Mittel ergänzt haben. Die Reaktion der Landwirte und der Gemeinschaft war sehr positiv."